JP2005024782A

JP2005024782A - 光導波路パッケージ

Info

Publication number: JP2005024782A
Application number: JP2003188759A
Authority: JP
Inventors: Kenji Murakami; 謙二村上; Koichi Kusakawa; 公一草川
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2005-01-27

Abstract

【課題】光特性と機械的強度を両立できる光導波路パッケージを提供する。
【解決手段】ハウジング１１の内部に光導波路結合体１２が収容されている。光導波路結合体１２は、導波路デバイス２０と、導波路デバイス２０の両端面に接合されたファイバアレイ２１，２２とを備えている。ハウジング１１の内部にシリコーン等のゴム弾性を有する材料からなる封止材が充填されている。一方の光ファイバ部材４０の被覆部４０ａが接着剤４３によってファイバアレイ２１に固定されている。他方の光ファイバ部材６０の被覆部６０ａが接着剤６３によってファイバアレイ２２に固定されている。光ファイバ部材４０，６０の端部の非被覆部（光ファイバ４１，６１がむき出しになっている部位）４０ｂ，６０ｂが前記封止材によって覆われている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信用の光分岐器等に適用される光導波路パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
導波路デバイスとファイバアレイとを接合してなる光導波路結合体において、温度サイクル試験などの環境試験を行なったときに、ファイバアレイと光ファイバ部材との固定部が破損して光特性が悪化することがある。このような不具合を防ぐために、光ファイバ部材を弾性率の小さい（柔らかい）接着剤によってファイバアレイの基板に固定することが提案されている。（例えば下記特許文献１参照）
特許文献１に記載されているファイバアレイでは、光ファイバ部材の接着部分の強度が低下することを防ぐために、該接着部分の強度を、温度サイクル試験において光ファイバを引張った際に光ファイバの被覆部が断裂する強度と同等もしくはそれ以上としている。このため比較的弾性率の小さい接着剤が使用されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−４２１５９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
光ファイバ部材を柔らかい接着剤によってファイバアレイに固定した場合、温度変化時の応力の影響が小さくなるため、光パワーの変動が小さくなり光特性が向上する。しかし柔らかい接着剤を用いると接着部分の機械的強度が小さくなるため、引張りなどに対して弱くなってしまう。機械的強度を大きくするために接着剤の弾性率を大きくすると、光特性が悪化してしまう。
【０００５】
従ってこの発明の目的は、光特性と機械的強度の両方を向上させることのできる光導波路パッケージを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の光導波路パッケージは、光導波路が形成された導波路デバイスの端面にファイバアレイを接合してなる光導波路結合体と、前記光導波路結合体を収容するハウジングと、前記光導波路に光学的に接続される光ファイバ部材を前記ファイバアレイに固定する接着剤であって、該光ファイバ部材の被覆部（被覆材で覆われている部位）を該ファイバアレイの基板に固定する接着剤と、前記ハウジングの内部に充填される封止材であって前記接着剤よりも弾性率が小さい材料からなり、前記光導波路結合体を覆いかつ前記光ファイバ部材の非被覆部（被覆材が除去されて光ファイバがむき出しになっている部位）を覆う封止材と、を具備している。
【０００７】
前記接着剤は、温度変化を受けたときに膨張あるいは収縮するが、温度変化による応力をなるべく光ファイバに与えないことが必要である。なぜなら光ファイバに応力が負荷されると、光ファイバが変形し、光パワーが変動してしまうからである。この接着剤が硬いと、特に低温において弾性率が高くなり、収縮したときに大きな応力を光ファイバに与えてしまう。従ってこの発明の好ましい形態では、前記接着剤の硬化後の弾性率を９．８×１０^６Ｐａ（１ｋｇｆ／ｍｍ^２）以上、９．８×１０^７Ｐａ（１０ｋｇｆ／ｍｍ^２）以下とする。
【０００８】
前記封止材は、例えば硬さがデュロメータ５０°以下で、−４０℃〜＋８５℃の温度範囲での弾性率変化が３０％以下の材料からなる。この封止材の硬化前の粘度は、好ましくは１Ｐａ・ｓ以下である。この封止材は例えばシリコーン等のゴム弾性を有する部材からなる。
【０００９】
例えば狭ピッチファイバアレイのように、ファイバアレイに接続されるテープ状の光ファイバ部材を２枚重ねて用いる場合には、光ファイバ部材の前記非被覆部の長さを３ｍｍ以上にするとよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態について、図１から図７を参照して説明する。
図１に示す光導波路パッケージ１０は、ハウジング１１と、ハウジング１１の内部に収容される光導波路結合体１２とを備えている。
【００１１】
ハウジング１１は、ハウジング本体１１ａと蓋１１ｂとを含んでいる。ハウジング本体１１ａと蓋１１ｂは、いずれも合成樹脂の一体成形品であるが、金属を機械加工することによって形成したものであってもよい。
【００１２】
ハウジング本体１１ａに、光導波路結合体１２を収容することのできる大きさの凹部からなる結合体収容部１５が形成されている。蓋１１ｂは結合体収容部１５を覆うようにしてハウジング本体１１ａに重ね合わされ、接着剤等によってハウジング本体１１ａに固定される。
【００１３】
図２に示されるように光導波路結合体１２は、光導波路１９が形成された導波路デバイス２０と、導波路デバイス２０の一端に接合された第１のファイバアレイ２１と、導波路デバイス２０の他端に接合された第２のファイバアレイ２２とを含んでいる。
【００１４】
光導波路１９は、単芯の導波路コア１９ａから多芯の導波路コア１９ｂが分岐するように形成され、単芯の導波路コア１９ａから入射した光を、多芯の導波路コア１９ｂに均等に分配させることができるようになっている。
【００１５】
図６に導波路デバイス２０の一部が示されている。導波路デバイス２０は、石英ガラスウェハなどからなる基板３０に、ＣＶＤ等の成膜方法によって前記光導波路１９のコア１９ａ，１９ｂが形成され、さらにクラッド層３１が形成されている。クラッド層３１を覆うように、接着剤層３２を介してカバーガラス３３が固定されている。
【００１６】
光導波路１９の屈折率は、基板３０とクラッド層３１のそれぞれの屈折率よりも０．１〜数％高い。基板３０にシリコンウェハを用いる場合には、光導波路１９を形成する前に、光導波路１９よりも屈折率の低い層を基板３０に形成しておく。
【００１７】
第１のファイバアレイ２１に単芯の光ファイバ部材４０が取付けられている。この光ファイバ部材４０は、１本の光ファイバ４１と、光ファイバ４１を覆う被覆材４２などによって構成されている。光ファイバ部材４０の被覆部４０ａ（被覆材４２で覆われている部位）が、接着剤４３によってファイバアレイ２１の基板５１に固定される。
【００１８】
図６に示すように、第１のファイバアレイ２１は、Ｖ溝５０が形成された基板５１と、カバーガラス５２と、基板５１とカバーガラス５２を互いに固定する接着剤層５３とを有している。Ｖ溝５０によって光ファイバ４１の位置決めがなされ、接着剤層５３によって固定されている。
【００１９】
光ファイバ部材４０の被覆部４０ａが接着剤４３によって基板５１に固定されている。光ファイバ部材４０の非被覆部４０ｂ（被覆材４２が除去されて光ファイバ４１がむき出しになっている部位）には、接着剤４３が付着しないようにしている。
【００２０】
接着剤４３の硬化後の弾性率は、前記接着剤層５３よりも小さいが、後述する封止材１００よりも大きく、例えば、９．８×１０^６Ｐａ以上、９．８×１０^７Ｐａ以下である。
【００２１】
このように構成された第１のファイバアレイ２１が、透光性を有する光硬化形接着剤によって、導波路デバイス２０の一方の端面に接合されている。図１，２中の符号Ｌ１はその接合部を示している。光ファイバ４１の先端面は、導波路デバイス２０の前記導波路コア１９ａに光学的に接続されている。
【００２２】
第２のファイバアレイ２２は、第１のファイバアレイ２１と同様に、基板５５とカバーガラス５６とを接着剤層を介して互いに接合している。基板５５には８つのＶ溝が互いに平行に形成されている。
【００２３】
第２のファイバアレイ２２にテープ状の多芯の光ファイバ部材６０が取付けられている。この光ファイバ部材６０は、互いに平行に配置された複数（例えば８本）の光ファイバ６１と、これら光ファイバ６１を覆う被覆材６２とによって構成されている。基板５５に形成された前記Ｖ溝に光ファイバ６１の先端部を収容することにより、光ファイバ６１の位置決めがなされる。
【００２４】
この光ファイバ部材６０は、被覆部６０ａ（被覆材６２で覆われている部位）が接着剤６３によってファイバアレイ２２の基板５５に固定される。光ファイバ部材６０の非被覆部６０ｂ（被覆材６２が除去されて光ファイバ６１がむき出しになっている部位）には、接着剤６３が付着しないようにしている。接着剤６３の硬化後の弾性率は、後述する封止材１００よりも大きく、９．８×１０^６Ｐａ以上、９．８×１０^７Ｐａ以下である。
【００２５】
このように構成された第２のファイバアレイ２２は、導波路デバイス２０の他方の端面に、透光性を有する光硬化形の接着剤によって接合されている。図１，２中の符号Ｌ２はその接合部を示している。各光ファイバ６１の端面は、それぞれ導波路デバイス２０の各導波路コア１９ｂに光学的に接続されている。
【００２６】
上記光導波路結合体１２は、図３に示すようにハウジング本体１１ａに形成された結合体収容部１５に収容される。ハウジング本体１１ａの両端部、すなわち結合体収容部１５の一端側と他端側に、それぞれガイド部材収容部７０，７１が形成されている。
【００２７】
ハウジング本体１１ａと光導波路結合体１２との間に、光導波路結合体１２の厚さ方向の位置決めをなすためのスペーサ７２（図１に示す）を設けてもよい。このスペーサ７２は、後述する封止材１００と同等の機械的性質を有するものが望ましい。
【００２８】
一方のガイド部材収容部７０と結合体収容部１５との間に、第１の堰７３が形成されている。第１の堰７３には、単芯の光ファイバ部材４０を図１中の上方から挿入することのできるスリット７４が形成されている。他方のガイド部材収容部７１と結合体収容部１５との間に、第２の堰７５が形成されている。第２の堰７５には、多芯の光ファイバ部材６０を図１中の上方から挿入することのできる凹部７６が形成されている。
【００２９】
一方のガイド部材収容部７０に第１の弾性ガイド部材８１が収容されている。この弾性ガイド部材８１は、例えばシリコーン等のゴム弾性を有する材料からなる。この弾性ガイド部材８１は、第１の堰７３とハウジング本体１１ａの端壁８２との間に挿入されることによって、接着剤を用いることなく所定位置に保持されるとともに、前記スリット７４をガイド部材収容部７０側から塞ぐようになっている。
【００３０】
第１の弾性ガイド部材８１には、単芯の光ファイバ部材４０を通すことのできるファイバ挿通孔８５と、光ファイバ部材４０を周面側からファイバ挿通孔８５に挿入することの可能な切込み８６が形成されている。
【００３１】
光ファイバ部材４０を切込み８６からファイバ挿通孔８５に挿入したのち、切込み８６が広がらないように切込み８６の内面が接着剤によって固定される。また、光ファイバ部材４０の外周面とファイバ挿通孔８５の内周面が互いに接着剤によって固定される。ここで使用する接着剤は、弾性ガイド部材８１と同等の弾性率（硬さ）が望ましい。
【００３２】
第１の弾性ガイド部材８１の端部８７は、ハウジング１１の一端側の開口８８から外側に突出するようになっている。この端部８７は、先端に向かって細くなるテーパ形状（例えば円錐台形状）をなしている。
【００３３】
他方のガイド部材収容部７１に第２の弾性ガイド部材９２が収容されている。この弾性ガイド部材９２は、第１の弾性ガイド部材８１と同様の材料からなる。この弾性ガイド部材９２は、第２の堰７５とハウジング本体１１ａの端壁９３との間に挿入されることによって、接着剤を用いることなく所定位置に保持されるとともに、前記凹部７６をガイド部材収容部７１側から塞ぐようになっている。
【００３４】
第２の弾性ガイド部材９２には、テープ状の光ファイバ部材６０を挿通することができるファイバ挿通孔９５と、光ファイバ部材６０を弾性ガイド部材９２の周面側からファイバ挿通孔９５に挿入することの可能な切込み９６が形成されている。
【００３５】
光ファイバ部材６０を切込み９６からファイバ挿通孔９５に挿入したのち、切込み９６が広がらないように、切込み９６の内面が接着剤によって固定される。また、光ファイバ部材６０の外周面とファイバ挿通孔９５の内周面が互いに接着剤によって固定される。ここで使用する接着剤は、弾性ガイド部材９２と同等の弾性率（硬さ）が望ましい。
【００３６】
第２の弾性ガイド部材９２の端部９７は、ハウジング１１の他端側の開口９８から外側に突出するようになっている。この端部９７は、先端に向かって細くなるテーパ形状をなしている。
【００３７】
これら弾性ガイド部材８１，９２は、温度変化を受けたときに膨張あるいは収縮するが、温度変化による応力をなるべく光ファイバ４１，６１に与えないことが必要である。このため弾性ガイド部材８１，９２は、シリコーンのように硬さがデュロメータ５０°以下で、［−４０℃〜＋８５℃］の温度サイクルでの弾性率変化が３０％以下の材料が適している。
【００３８】
第１の弾性ガイド部材８１と光ファイバ部材４０とを固定する接着剤と、第２の弾性ガイド部材９２と光ファイバ部材６０とを固定する接着剤についても、温度変化による光ファイバ４１，６１の応力を減らすために、例えばシリコーンのように硬さがデュロメータ５０°以下で［−４０℃〜＋８５℃］の温度範囲での弾性率変化が３０％以下の材料が使用される。
【００３９】
図４に示されるように、ハウジング本体１１ａの内部に、封止材１００がほぼ隙間無く充填される。この封止材１００がハウジング１１の内部で硬化することによって、光導波路結合体１２がハウジング本体１１ａ内の所定位置に封止される。この封止材１００によって、ハウジング１１の外部の温度変化や振動の影響等が光導波路結合体１２に及ぶことが緩和される。
【００４０】
封止材１００は、温度変化時に光導波路結合体１２や光ファイバ４１，６１に生じる応力を小さくするために、弾性ガイド部材８１，９２と同様の硬さのゴム弾性を有する材料が使用される。例えばシリコーン（シリコンゴム）のように、硬さがデュロメータ５０°以下で、かつ［−４０℃〜＋８５℃］の温度サイクルでの弾性率変化が３０％以下の材料が適している。
【００４１】
封止材１００が硬化する前の粘度は、封止材１００がハウジング１１の内部に十分にゆきわたるよう、低粘度（１Ｐａ・ｓ以下）が適している。低粘度の封止材１００であれば、ハウジング本体１１ａに注入する際に気泡が混じることがなく、ハウジング本体１１ａの内部に均等に充填させることができる。
【００４２】
次に、上記光導波路パッケージ１０の製造工程について説明する。
調芯機を用いて、導波路デバイス２０の導波路コア１９ａ，１９ｂとファイバアレイ２１，２２との位置決めを行ったのち、導波路デバイス２０の端面にファイバアレイ２１，２２を接着剤によって接合する。
【００４３】
第１の弾性ガイド部材８１の切込み８６から光ファイバ部材４０をファイバ挿通孔８５に挿入する。第２の弾性ガイド部材９２の切込み８６から光ファイバ部材６０をファイバ挿通孔９５に挿入する。
【００４４】
切込み８６，９６とファイバ挿通孔８５，９５の内側に予め接着剤を供給しておく。この接着剤によって、光ファイバ部材４０，６０と弾性ガイド部材８１，９２とが互いに固定されるとともに、切込み８６，９６が広がらないように固定される。この接着剤は例えばシリコーン系の接着剤であり、硬化後の弾性率（硬さ）は弾性ガイド部材８１，９２と同等である。
【００４５】
弾性ガイド部材８１，９２がハウジング本体１１ａのガイド部材収容部７０，７１に収容されることにより、光ファイバ部材４０，６０と光導波路結合体１２がハウジング１１内の所定位置に仮に保持される。
【００４６】
ハウジング本体１１ａの内部に硬化前の液状の封止材１００（図４に示す）を充填する。弾性ガイド部材８１，９２は、硬化前の封止材１００が結合体収容部１５から漏れることを阻止すべく、ハウジング１１の端部のガイド部材収容部７０，７１に収容されている。このため、粘度の低い液状の封止材１００でも、漏れることがなく、ハウジング１１の内部に均一に充填することができる。
【００４７】
ハウジング１１の内部に封止材１００を充填したのち、図５に示すようにハウジング本体１１ａに蓋１１ｂを被せ、接着剤等によってハウジング本体１１ａに蓋１１ｂを固定する。封止材１００が熱硬化タイプの場合には、オーブンによって硬化処理が行なわれる。
【００４８】
ハウジング１１の内部において、光導波路結合体１２が封止材１００によって覆われるとともに、光ファイバ部材４０，６０の端部の非被覆部４０ｂ，６０ｂ（光ファイバ４１，６１がむき出しになっている部位）が封止材１００によって覆われる。
【００４９】
光ファイバ部材４０，６０の被覆部４０ａ，６０ａは、接着剤４３，６３によってファイバアレイ２１，２２の基板５１，５５に固定されている。光ファイバ部材４０，６０の非被覆部４０ｂ，６０ｂは、硬化した封止材１００を介してハウジング１１に支持される。このため光ファイバ部材４０，６０に引張り力が加わったときに、光ファイバ部材４０，６０と基板５１，５５との固定部が大きな機械的強度を発揮することができる。
【００５０】
図７は、本発明の実施例である８芯ファイバアレイの光特性と、従来の８芯ファイバアレイの光特性を、通信用の光源波長１３１０ｎｍの場合と１５５０ｎｍの場合とで比較したものである。
【００５１】
図７中の実施例は、図２に示す８芯ファイバアレイ２２と同様に被覆部６０ａを接着剤６３によって基板５５に固定し、非被覆部６０ｂに接着剤６３が付着しないようにしたものである。図７中の従来例は、被覆部６０ａと非被覆部６０ｂをそれぞれ同一の接着剤６３によって基板５５に固定したものである。いずれの場合も４箇所のポート（Ｎｏ．１，４，５，８）の損失変動幅を示している。
【００５２】
図７に示すように、従来例の場合は、温度変化に伴なう変形応力によって光パワーが大きく変化している。これに対し実施例は光パワーの変化が抑制され、従来例と比較して光特性が良好である。
【００５３】
なお、１６芯の狭ピッチファイバアレイを製作する場合、８芯のテープ状光ファイバ部材６０を２枚重ね、各ファイバ部材６０の光ファイバをそれぞれファイバアレイ２２のＶ溝に入れることになる。この場合、光ファイバの曲げ半径を確保するために、非被覆部６０ｂはある程度の長さが必要となる。
【００５４】
非被覆部６０ｂの長さが１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍの４種類の場合について、光パワーの損失変動量を調べたところ、それぞれ０．６５ｄＢ、０．４２ｄＢ、０．２６ｄＢ、０．２５ｄＢであった。損失変動量の許容値（０．４ｄＢ以下）を満足するには、非被覆部６０ｂの長さを３ｍｍ以上にすることが望まれる。
【００５５】
なお、この発明を実施するに当たり、光導波路結合体を構成する導波路デバイスやファイバアレイをはじめとして、光ファイバ部材、接着剤、封止材、ハウジングなど、この発明の構成要素をこの発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更して実施できることは言うまでもない。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、温度変化によって光ファイバに生じる応力を低減できるため光特性が良好となり、しかも光ファイバ部材の固定部が引張りなどに対して大きな機械的強度を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す光導波路パッケージの分解斜視図。
【図２】図１に示された光導波路パッケージの光導波路結合体の平面図。
【図３】図１に示された光導波路パッケージのケーシング本体に光導波路結合体を収容した状態の斜視図。
【図４】図１に示された光導波路パッケージのケーシング本体に封止材を充填した状態の斜視図。
【図５】図１に示された光導波路パッケージのケーシング本体に蓋を被せた状態の斜視図。
【図６】図１に示された光導波路パッケージの導波路デバイスの一部とファイバアレイを示す斜視図。
【図７】従来のファイバアレイと本発明のファイバアレイのそれぞれの光パワーの損失変動幅を示す図。
【符号の説明】
１０…光導波路パッケージ
１１…ハウジング
１２…光導波路結合体
１９…光導波路
２０…導波路デバイス
２１，２２…ファイバアレイ
４０…光ファイバ部材
４０ａ…被覆部
４０ｂ…非被覆部
４１…光ファイバ
４２…被覆材
４３…接着剤
６０…光ファイバ部材
６０ａ…被覆部
６０ｂ…非被覆部
６１…光ファイバ
６２…被覆材
６３…接着剤
１００…封止材

Claims

光導波路が形成された導波路デバイスの端面にファイバアレイを接合してなる光導波路結合体と、
前記光導波路結合体を収容するハウジングと、
前記光導波路に光学的に接続される光ファイバ部材を前記ファイバアレイに固定する接着剤であって、該光ファイバ部材の被覆部を該ファイバアレイの基板に固定する接着剤と、
前記ハウジングの内部に充填される封止材であって、前記接着剤よりも弾性率が小さい材料からなり、前記光導波路結合体を覆いかつ前記光ファイバ部材の非被覆部を覆う封止材と、
を具備したことを特徴とする光導波路パッケージ。
前記接着剤の硬化後の弾性率が９．８×１０^６Ｐａ以上、９．８×１０^７Ｐａ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光導波路パッケージ。
前記封止材の硬さがデュロメータ５０°以下で、−４０℃〜＋８５℃の温度範囲での弾性率変化が３０％以下の材料からなることを特徴とする請求項１または２に記載の光導波路パッケージ。
前記封止材の硬化前の粘度が１Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の光導波路パッケージ。
前記封止材がシリコーンからなることを特徴とする請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載の光導波路パッケージ。
前記光ファイバ部材の前記非被覆部の長さが３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか１項に記載の光導波路パッケージ。